A-110-6 Trapezoid Thru Zero Quadrature VCO

A-110-6 beruht auf einem völlig anderen Design als gängige VCOs und verwendet ein sog. Quadratur-Trapezoid als Grundwellenform (normalerweise werden bei VCOs Sägezahn oder Dreieck als  Grundwellenform verwendet). Zusätzlich zu dieser speziellen Wellenform-Kombination bietet das Modul auch lineare Thru Zero Frequenzmodulation und sog. Quadratur-Ausgänge für alle Wellenformen (d.h. jeweils zwei um 90 Grad phasenverschobene Signale). Die beiden Grundwellenformen werden mit Trapezoid-Sinus (TRASIN) und Trapezoid-Cosinus (TRACOS) bezeichnet. Die anderen Standard-Wellenformen (Dreieck, Sinus, Sägezahn und Rechteck) werden aus diesen beiden Kurvenformen durch Waveshaper abgeleitet. Das Modul basiert auf einer Idee von Donald Tillman aus dem Jahr 2003, wurde aber von uns komplett überarbeitet und an den Einsatz moderner Bauteile angepasst (keine OTAs/CA3280).

Das Modul verfügt über zwei Steuer-Einheiten: eine lineare und eine exponentielle:
Die exponentielle Sektion besteht aus dem Regler XTune, dem 1V/Oktave-Steuereingang und dem exponentiellen FM-Eingang XFM mit zugehörigem Abschwächer.
Die lineare Sektion besteht aus dem Regler LFrq und dem linearen FM-Eingang LFM mit zugehörigem Abschwächer.
Die Tonhöhe aller Ausgänge ist bestimmt durch die Steuerspannungen beider Sektionen. Die lineare Sektion steuert die Frequenz über eine linearen Kennlinie.
Steht der Regler LFrq auf Rechtsanschlag, so arbeitet das Modul wie ein "normaler" VCO und die Tonhöhe wird von der exponentiellen Einheit mit dem Regler Xtune, dem exponentiellen FM-Eingang XFM und dem 1V/Oktave-Steuereingang in der üblichen Weise eines VCOs gesteuert.
Wird der Regler LFrq vom Rechtsanschlag beginnend gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so ändert sich die Frequenz mit einer linearen Kennlinie und kommt etwa in Mittelstellung (nahezu) zum Stillstand. Wird der Regler weiter gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so beginnt die Schwingung von Neuem, jedoch in umgekehrter Richtung. Ist der Linksanschlag des Reglers LFrq erreicht, so arbeitet das Modul wieder als "normaler" VCO.
Das Anlegen eines Modulationssignals (z.B. ein anderer VCO) an den linearen FM-Eingang LFM erzeugt jedoch weitaus interessante Klänge als nur die manuelle Betätigung des LFrq-Reglers. Hiermit erhält man die typischen Klänge, die nur mit Hilfe der linearen Frequenzmodulation (und insbesondere der Thru-Zero-Modulation) möglich sind. Die Kombination von Trapezoid-Kurvenformen in Quadratur zusammen mit der linearen Thru-Zero-Modulation ermöglicht Klangspektren, die von keinem anderen VCO erzeugt werden können.
Das Modul stellt gleichzeitig folgende Kurvenformen zur Verfügung, wobei jede Kurvenform als sogenanntes Quadratur-Paar (d.h. auch um 90 Grad verschoben) vorhanden ist:

• Trapez (TRASIN + TRACOS)

• Dreieck (TRISIN + TRICOS)

• Sinus (SIN + COS)

• Rechteck (RECSIN + RECCOS)

• Sägezahn (SAWSIN + SAWCOS)

Mit Hilfe eines Kippschalters kann das Modul auch in den LFO-Modus gebracht werden. Im LFO-Modus sind die Frequenzen um den Faktor 100 kleiner als im VCO-Modus.  
Eine zweifarbige LED zeigt die Polarität der linearen Kontrolleinheit an. Eine zweite zweifarbige LED zeigt das Signal TRASIN an, was speziell im LFO-Modus sinnvoll ist.

Technische Hinweise:

• Der LFM CV-Eingang ist gleichspannungsgekoppelt (DC coupled). Falls der Eingang für lineare FM im Audiobereich genutzt wird und das Eingangssignal eine Gleichspannungskomponente besitzt (DC offset), so resultiert das in einer Tonhöhenverschiebung, die von der Höhe des Gleichspannungs-Offsets abhängt. Insbesondere wenn ein VCA verwendet wird, um den Pegel des Modulationssignals dynamisch zu ändern, kann es zu Tonhöhenverschiebungen kommen, wenn das Ausgangssignal des VCAs eine Gleichspannungskomponente besitzt. Diese wird durch den sog. Steuerspannungs-Durchgriff (control voltage feedthrough) verursacht, der in der Regel von der dem VCA zugeführten Steuerspannung abhängt. In diesem Fall würde sich also die Tonhöhe des A-110-6 bei Änderung der VCA-Steuerspannung ändern. Es sollte für diese Anwendung daher ein VCA mit einem möglichst geringen Steuerspannungs-Durchgriff verwendet werden (VCAs ganz ohne CV-Feedthrough sind kaum zu finden). Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Signal wechselspannungsmäßig am LFM-Eingang einzukoppeln (z.B. durch Einfügen eines Kondensators in die Signalleitung)

• Die Steuerspannung, die an der Buchse 1V/Oct anliegt, wird zu der vom Bus kommenden Steuerspannung addiert (unterbrechbar durch Entfernen der Steckbrücke JP3 / beschriftet mit "CV BUS" auf der Leiterplatte). Wird ein Kabel in die Buchse 1V/Oct gesteckt, so wird die vom Bus kommenden Steuerspannung nicht unterbrochen (d.h. die Buchse 1V/Oct ist nicht auf die Bus CV normalisiert) ! Dies ermöglicht beispielsweise die Transponierung einer CV-Sequenz, die an 1V/Oct anliegt, mit der Bus CV, die z.B. von einem Midi-CV-Interface kommt.

• Das Dokument A110_6_trimming_potentiometers.pdf zeigt die Positionen und Funktionen der Trimmpotentiometer und Steckbrücken. Wir weisen vorsorglich darauf hin, dass falsche Justierungen durch das Verändern der Trimmpotentiometer-Einstellungen seitens des Kunden nicht von der Garantie abgedeckt sind. In diesem Fall müssen wir ggf. die Arbeitszeit für die Neujustierung des Moduls in Rechnung stellen !

A-110-6 is a Trapezoid Thru Zero Quadrature VCO. The module is based on an idea by Donald Tillman from 2003 but has been revised for the use of modern electronic circuits (no OTAs/CA3280). Because of it's unique trapezoid core it's totally different compared to other VCOs. But the trapezoid core is not the only specialty: it is also a quadrature VCO and features linear thru zero frequency modulation.
The term "quadrature" means in this connection that the oscillator outputs two trapezoid waves with 90 degrees phase shift. The same as sine and cosine of a standard quadrature oscillator like the A-110-4 or A-143-9. These waveforms are called TRASIN (trapezoid sine) and TRACOS (trapezoid cosine).
The term "Thru-Zero" means that even "negative" frequencies are generated. But this a bit a misleading term as negative frequencies do not really exist. "Negative" means in this connection simply that the TRASIN/TRACOS waves will stop when the linear control voltage reaches 0V and continue with the opposite directions as the linear control voltage becomes negative and vice versa.
The module has two control sections: linear and a exponential. The exponential section consists of the XTune control, the 1V/Oct input and the XFM input with the corresponding attenuator XFM. The exponential control voltage is the sum of these three voltages. The linear section consists of the LFrq control and the LFM input with the corresponding attenuator LFM. The linear control voltage is the sum of these two voltages. A dual color LED is used to display the polarity of the linear control voltage. The pitch of all outputs is determined by the control voltages of both sections. The linear section is used to control the pitch in a linear manner. When the LFrq control (LFrq means Linear Frequency Control) is fully CW the module works like a normal VCO and the LED lights red. The pitch is then controlled by the exponential section with the manual Tune control XTune and the exponential frequency control inputs 1V/Oct and XFM. 1V/Oct is used to control the pitch by a 1V/Oct CV source (e.g. sequencer or Midi/USB-to-CV interface). XFM is used to apply an exponential frequency modulation with adjustable depth (e.g. from an LFO or another VCO). As the LFrq control is turned counterclockwise starting from the fully CW position the frequency is lowered in a linear manner until the TRASIN/TRACOS waves (nearly) stop at the center position of LFrq (provided that no LFM signal is present). As the LFrq control is moved from the center towards the CCW position the waves start again but into reverse direction and the LED turns yellow. When the fully CCW position of LFrq is reached the module works again like a normal VCO. But much more exciting is the usage of the LFM input to modify the linear control voltage by an external control voltage (typically another VCO). Linear modulation by another oscillator using the thru zero feature in combination with the trapezoid waveforms generates audio spectra than cannot be obtained from any other oscillator without the thru zero function. The reason is that a "normal" VCO will simply stop as the linear control voltage becomes zero or negative. But a thru zero VCO will start again with "negative" frequencies as the the linear control voltage becomes negative.
Other waveforms like triangle, sawtooth, rectangle and sine can be obtained from the TRASIN/TRACOS signals (triangle e.g. simply by subtracting TRISIN and TRICOS, SAWSIN and SAWCOS by switching the other waveforms). All five waveforms are available as quadrature pairs (i.e. with 90 degrees phase shift):

• Trapezoid (TRASIN + TRACOS)

• Triangle (TRISIN + TRICOS)

• Sinus (SIN + COS)

• Rectangle (RECSIN + RECCOS)

• Sawtooth (SAWSIN + SAWCOS)

By means of a toggle switch the frequency range can be selected between VCO (audio range) and LFO. In LFO range the frequencies are about 1/100 compared to VCO mode.

A dual-color LED display the polarity of the linear control section.
Another dual-color LED shows the signal TRASIN which is helpful in LFO mode.

Technical notes:

• The LFM CV input is DC coupled. If the input is used for linear FM in audio range and the signal applied to this input has a DC offset it will cause a small pitch shift that depends upon the value of the DC voltage. Especially when a VCA is used to change dynamically the level of the modulation signal this may generate a pitch shift caused by the control voltage feedthrough of the VCA. The control voltage feedthrough adds a DC voltage at the output which depends upon the control voltage of the VCA. For this application VCAs with a very low CV feedthough should be used or the signal output of the VCA should be AC coupled to the LFM input of the A-110-6 (e.g. by inserting a capacitor)

• The control voltage applied to the socket 1V/Oct is added to the control voltage coming from the bus (interruptible by removing the jumper JP3 / labelled "CV BUS"). Connecting a cable to the socket 1V/Oct does not interrupt the bus CV connection ! I.e. the 1V/Oct socket is not normalled to the bus CV. This allows e.g. transposing sequence CV (applied to the socket 1V/Oct) by the bus CV (e.g. connected to the CV output of a Midi-to-CV interface).

• The document A110_6_trimming_potentiometers.pdf explains the functions of the trimming potentiometers. The document is planned only for experienced users ! Please do not change the settings of the trimming potentiometers unless you are sure that you want to change certain settings. Modules which are returned with (mis-)adjusted trimming potentiometers cannot be treated as case of warranty !

A-110-6 beruht auf einem völlig anderen Design als gängige VCOs und verwendet ein sog. Quadratur-Trapezoid als Grundwellenform (normalerweise werden bei VCOs Sägezahn oder Dreieck als  Grundwellenform verwendet). Zusätzlich zu dieser speziellen Wellenform-Kombination bietet das Modul auch lineare Thru Zero Frequenzmodulation und sog. Quadratur-Ausgänge für alle Wellenformen (d.h. jeweils zwei um 90 Grad phasenverschobene Signale). Die beiden Grundwellen-formen werden mit Trapezoid-Sinus (TRASIN) und Trapezoid-Cosinus (TRACOS) bezeichnet. Die anderen Standard-Wellenformen (Dreieck, Sinus, Sägezahn und Rechteck) werden aus diesen beiden Kurvenformen durch Waveshaper abgeleitet. Das Modul basiert auf einer Idee von Donald Tillman aus dem Jahr 2003, wurde aber von uns komplett überarbeitet und an den Einsatz moderner Bauteile angepasst (keine OTAs/CA3280).

Das Modul verfügt über zwei Steuer-Einheiten: eine lineare und eine exponentielle:
Die exponentielle Sektion besteht aus dem Regler XTune, dem 1V/Oktave-Steuereingang und dem exponentiellen FM-Eingang XFM mit zugehörigem Abschwächer.
Die lineare Sektion besteht aus dem Regler LFrq und dem linearen FM-Eingang LFM mit zugehörigem Abschwächer.
Die Tonhöhe aller Ausgänge ist bestimmt durch die Steuerspannungen beider Sektionen. Die lineare Sektion steuert die Frequenz über eine linearen Kennlinie.
Steht der Regler LFrq auf Rechtsanschlag, so arbeitet das Modul wie ein "normaler" VCO und die Tonhöhe wird von der exponentiellen Einheit mit dem Regler Xtune, dem exponentiellen FM-Eingang XFM und dem 1V/Oktave-Steuereingang in der üblichen Weise eines VCOs gesteuert.
Wird der Regler LFrq vom Rechtsanschlag beginnend gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so ändert sich die Frequenz mit einer linearen Kennlinie und kommt etwa in Mittelstellung (nahezu) zum Stillstand. Wird der Regler weiter gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so beginnt die Schwingung von Neuem, jedoch in umgekehrter Richtung. Ist der Linksanschlag des Reglers LFrq erreicht, so arbeitet das Modul wieder als "normaler" VCO.
Das Anlegen eines Modulationssignals (z.B. ein anderer VCO) an den linearen FM-Eingang LFM erzeugt jedoch weitaus interessante Klänge als nur die manuelle Betätigung des LFrq-Reglers. Hiermit erhält man die typischen Klänge, die nur mit Hilfe der linearen Frequenzmodulation (und insbesondere der Thru-Zero-Modulation) möglich sind. Die Kombination von Trapezoid-Kurvenformen in Quadratur zusammen mit der linearen Thru-Zero-Modulation ermöglicht Klangspektren, die von keinem anderen VCO erzeugt werden können.

Mit Hilfe eines Kippschalters kann das Modul auch in den LFO-Modus gebracht werden. Im LFO-Modus sind die Frequenzen um den Faktor 100 kleiner als im VCO-Modus.

Eine zweifarbige LED zeigt die Polarität der linearen Kontrolleinheit an. Eine zweite zweifarbige LED zeigt das Signal TRASIN an, was speziell im LFO-Modus sinnvoll ist.

A-110-6 is a Trapezoid Thru Zero Quadrature VCO. The module is based on an idea by Donald Tillman from 2003 but has been revised for the use of modern electronic circuits (no OTAs/CA3280). Because of it's unique trapezoid core it's totally different compared to other VCOs. But the trapezoid core is not the only specialty: it is also a quadrature VCO and features linear thru zero frequency modulation.
The term "quadrature" means in this connection that the oscillator outputs two trapezoid waves with 90 degrees phase shift. The same as sine and cosine of a standard quadrature oscillator like the A-110-4 or A-143-9. These waveforms are called TRASIN (trapezoid sine) and TRACOS (trapezoid cosine).
The term "Thru-Zero" means that even "negative" frequencies are generated. But this a bit a misleading term as negative frequencies do not really exist. "Negative" means in this connection simply that the TRASIN/TRACOS waves will stop when the linear control voltage reaches 0V and continue with the opposite directions as the linear control voltage becomes negative and vice versa.
The module has two control sections: linear and a exponential. The exponential section consists of the XTune control, the 1V/Oct input and the XFM input with the corresponding attenuator XFM. The exponential control voltage is the sum of these three voltages. The linear section consists of the LFrq control and the LFM input with the corresponding attenuator LFM. The linear control voltage is the sum of these two voltages. A dual color LED is used to display the polarity of the linear control voltage. The pitch of all outputs is determined by the control voltages of both sections. The linear section is used to control the pitch in a linear manner. When the LFrq control (LFrq means Linear Frequency Control) is fully CW the module works like a normal VCO and the LED lights red. The pitch is then controlled by the exponential section with the manual Tune control XTune and the exponential frequency control inputs 1V/Oct and XFM. 1V/Oct is used to control the pitch by a 1V/Oct CV source (e.g. sequencer or Midi/USB-to-CV interface). XFM is used to apply an exponential frequency modulation with adjustable depth (e.g. from an LFO or another VCO). As the LFrq control is turned counterclockwise starting from the fully CW position the frequency is lowered in a linear manner until the TRASIN/TRACOS waves (nearly) stop at the center position of LFrq (provided that no LFM signal is present). As the LFrq control is moved from the center towards the CCW position the waves start again but into reverse direction and the LED turns yellow. When the fully CCW position of LFrq is reached the module works again like a normal VCO. But much more exciting is the usage of the LFM input to modify the linear control voltage by an external control voltage (typically another VCO). Linear modulation by another oscillator using the thru zero feature in combination with the trapezoid waveforms generates audio spectra than cannot be obtained from any other oscillator without the thru zero function. The reason is that a "normal" VCO will simply stop as the linear control voltage becomes zero or negative. But a thru zero VCO will start again with "negative" frequencies as the the linear control voltage becomes negative.
Other waveforms like triangle, sawtooth, rectangle and sine can be obtained from the TRASIN/TRACOS signals (triangle e.g. simply by subtracting TRISIN and TRICOS, SAWSIN and SAWCOS by switching the other waveforms). And all five waveforms will be available as quadrature pairs (i.e. with 90 degrees phase shift).
That's why we think to add all these waveform outputs to the module in the final version - or alternatively via a breakout module which makes all 10 waveforms available (trapezoid, triangle, sine, sawtooth, rectangle - all as quadrature pairs). We think also of an LFO version of the module (same features but low frequency range with LED displays of the outputs).

Latest news (as of October 2016):
We decided to add all waveform outputs to the final version of the module rather that offering a separate breakout module. The new picture on the left shows the arrangement of the additional sockets. We also added an LED that displays the signal of the TRASIN output (in addition to the LED that displays the thru zero function). By means of 2 internal jumpers the module can be converted into a VCLFO.

Latest news (as of November 2016):
We just try out if it makes sense to add a switch to select between VCO and VCLFO mode. For this the front panel and the pc board has to be modified.